Tóm tắt
Robot giáo dục thu hút học sinh theo phương pháp STEM tích hợp giúp học sinh hiểu các khái niệm STEM cũng như nâng cao nhận thức tích cực về các môn học STEM ngay từ khi còn nhỏ. Khi đại dịch COVID-19 bùng phát, việc robot vật lý trong lớp học trực diện trở thành điều bất khả thi. Một chương trình robot ảo đã nhanh chóng được phát triển để hoạt động với nền tảng mã hóa quen thuộc nhằm cung cấp cho học sinh và giáo viên một giải pháp robot thay thế có thể được sử dụng từ mọi nơi. Trong bài viết này, dữ liệu sử dụng của hơn một triệu học sinh trên toàn cầu sẽ được diễn giải cùng với hai nghiên cứu điển hình về giáo viên. Sự kết hợp dữ liệu này cung cấp những hiểu biết sâu sắc về robot ảo như một công cụ học tập cũng như tài nguyên giảng dạy. Các nghiên cứu điển hình về giáo viên cũng tiết lộ một loạt các nhu cầu quan trọng tạo điều kiện thuận lợi cho việc giảng dạy trong những hoàn cảnh không thể đoán trước như vậy. Cuối cùng, dữ liệu này chỉ ra rằng môi trường học tập của rô-bốt ảo có thể được sử dụng như một sự bổ sung cộng sinh cho rô-bốt vật lý để giúp học sinh tự tin hơn với lập trình lặp, tăng hứng thú với rô-bốt giáo dục và cung cấp cho giáo viên một phương án giảng dạy rất linh hoạt trong tương lai.
Từ khóa
Robot ảo, robot giáo dục, robot giảng dạy, giải pháp COVID-19, giáo dục STEM, khoa học máy tính, lập trình
Giới thiệu
Robot và khoa học máy tính ngày càng được tích hợp vào trường tiểu học và trung học (từ mẫu giáo đến lớp 12) ở Hoa Kỳ trong những năm gần đây, được thúc đẩy bởi các chính sách và báo cáo quốc gia. Vào năm 2015, Quỹ Khoa học Quốc gia đã tuyên bố rằng việc tiếp thu kiến thức và kỹ năng về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM) ngày càng trở nên quan trọng đối với người Mỹ để tham gia đầy đủ vào nền kinh tế toàn cầu sử dụng nhiều công nghệ. tiếp cận nền giáo dục chất lượng cao trong các chủ đề STEM. Ủy ban Giáo dục STEM của Hội đồng Khoa học và Công nghệ Quốc gia đã đưa ra một báo cáo vào năm 2018 để phác thảo chiến lược liên bang về giáo dục STEM. Báo cáo này lưu ý rằng, “Bản thân đặc điểm của giáo dục STEM đã phát triển từ một tập hợp các môn học chồng chéo thành một cách tiếp cận tích hợp và liên ngành hơn để học tập và phát triển kỹ năng. Cách tiếp cận mới này bao gồm việc giảng dạy các khái niệm học thuật thông qua các ứng dụng trong thế giới thực và kết hợp việc học chính thức và không chính thức trong trường học, cộng đồng và nơi làm việc. Nó tìm cách truyền đạt các kỹ năng như tư duy phê phán và giải quyết vấn đề cùng với các kỹ năng mềm như hợp tác và khả năng thích ứng.” Trọng tâm quốc gia này về học tập STEM đi kèm với việc tăng cường nghiên cứu và đổi mới trong môi trường giáo dục về cách kết hợp tốt hơn công nghệ vào lớp học cho các chủ đề STEM.
Robotics cung cấp phương pháp thực hành để học sinh khám phá các khái niệm STEM. Các chủ đề STEM cơ bản là những chủ đề quan trọng trong giáo dục tiểu học và trung học vì chúng là điều kiện tiên quyết cần thiết cho chương trình cao đẳng và sau đại học cũng như nâng cao kỹ năng kỹ thuật trong lực lượng lao động1. Một phân tích tổng hợp2 cho thấy nhìn chung, robot giáo dục đã làm tăng khả năng học các khái niệm STEM cụ thể. Các nghiên cứu trên nhiều nhóm tuổi cho thấy rằng robot làm tăng sự quan tâm và nhận thức tích cực của học sinh về các môn STEM3, 4, 5, từ đó làm tăng thành tích học tập ở trường và thúc đẩy việc đạt được bằng cấp về khoa học6, 7, 8. Đối với học sinh trung học, robot đã được sử dụng để hỗ trợ sự chuẩn bị vào đại học và các kỹ năng nghề nghiệp kỹ thuật9, 10, 11, trong khi robot đã được giới thiệu cho học sinh tiểu học để phát triển kỹ năng tìm hiểu và giải quyết vấn đề, đồng thời thúc đẩy nhận thức tích cực về các chủ đề STEM12, 13. Việc đưa robot giáo dục vào giảng dạy đặc biệt có lợi cho học sinh nhỏ tuổi, những em có thể bắt đầu hình thành thái độ tiêu cực đối với các môn STEM ngay từ lớp 414. Học sinh trẻ được hưởng lợi từ bối cảnh học tập tích hợp và phát triển thái độ tích cực hơn đối với các môn học STEM với những trải nghiệm thành công ngay từ sớm15.
Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc đưa robot vào chương trình đào tạo giáo viên trước khi vào nghề đã giúp tăng hiệu quả bản thân, kiến thức chuyên môn và kỹ năng tư duy tính toán của giáo viên16. Mặc dù hợp lý khi cho rằng lợi ích của robot sẽ được tìm thấy ở giáo viên cũng như học sinh, nhưng việc đưa robot vào đào tạo giáo viên chính quy vẫn còn hạn chế. Ở nhiều quốc gia, chương trình đào tạo giáo viên truyền thống tập trung vào các chủ đề theo chuyên ngành trong khoa học và toán học, khiến hầu hết giáo viên chưa được chuẩn bị đầy đủ về kỹ thuật và công nghệ17và kém tự tin khi giảng dạy các chủ đề STEM không được đề cập trong chương trình đào tạo giáo viên chính thức hoặc tạo kết nối giữa các chuyên ngành STEM18, 19. Bybee20 lưu ý rằng hạn chế này của các chủ đề STEM trong đào tạo giáo viên dẫn đến tình trạng thiếu đại diện cho kỹ thuật và công nghệ, đặc biệt là trong giáo dục K–8. Mặc dù lợi ích của việc đưa robot vào đào tạo giáo viên là rõ ràng16, nhưng vẫn có thể đạt được giải pháp thay thế thông qua phát triển chuyên môn liên tục và học tập không chính thức thông qua cộng đồng thực hành. Bandura21 đã thể hiện khía cạnh quan trọng của bối cảnh học tập xã hội và từ khái niệm đó Lave và Wenger22 đã phác thảo khái niệm cộng đồng thực hành (CoP). Đối với CoP, các thành viên tập hợp lại xung quanh mối quan tâm chung trong một lĩnh vực, phát triển cộng đồng và chia sẻ nghiên cứu và hiểu biết sâu sắc để nâng cao kỹ năng và kiến thức—phát triển một hoạt động thực hành22. Thay cho robot trong đào tạo giáo viên chính quy, học tập không chính thức và CoP có thể mang lại lợi ích tương tự cho giáo viên và hơn thế nữa là cho học sinh.
Thật không may, đại dịch COVID-19 đã gây ra sự gián đoạn rộng rãi trên toàn cầu đối với việc học trực tiếp, ảnh hưởng đến hầu hết học sinh trên toàn thế giới23. Trải nghiệm học tập thực hành đã bị đình chỉ, vốn là một phần nền tảng của hầu hết chương trình giảng dạy STEM về robot, bao gồm cả chương trình giảng dạy về robot được dòng robot giáo dục VEX sử dụng. Cần có các giải pháp học tập từ xa để nhanh chóng cung cấp một môi trường học tập ảo vẫn có thể giúp học sinh tham gia vào các chủ đề STEM một cách chân thực và có ý nghĩa. VEX Robotics đã nhanh chóng tạo ra VEXcode VR (sau đây gọi đơn giản là “VR”), một nền tảng với robot ảo có thể được sử dụng theo những cách tương tự như robot vật lý.
Bài viết này sẽ xem xét dữ liệu sử dụng được thu thập bởi nền tảng VR để hiểu rõ hơn về cách thức thay thế ảo này trong thời kỳ gián đoạn toàn cầu này. Hai nghiên cứu điển hình cũng sẽ được trình bày nhằm cung cấp bối cảnh về cách giáo viên triển khai VR trong môi trường học tập từ xa của họ. Hai câu hỏi nghiên cứu chính của bài viết này như sau:
- Dữ liệu sử dụng và nghiên cứu điển hình của giáo viên có thể tiết lộ những thông tin chi tiết gì về việc học tập của học sinh bằng VR sau đợt bùng phát dịch bệnh COVID-19?
- Giáo viên có thể cung cấp những hiểu biết gì về việc triển khai VR vào lớp học?
Các nhà giáo dục đặc biệt cảm nhận được sự hỗn loạn do COVID-19 gây ra. Kinh nghiệm hàng thập kỷ và các bài học được thiết kế cho việc học trực tiếp đã ngay lập tức bị hủy bỏ, tuy nhiên sự gián đoạn này cũng khuyến khích các nhà giáo dục thử nghiệm các công cụ và phương pháp giảng dạy mới. Hiểu được các quyết định được đưa ra và kết quả đạt được từ quan điểm của các nhà giáo dục, những người dẫn dắt thông qua các giải pháp đổi mới, có thể cung cấp những hiểu biết sâu sắc về cách kết hợp công nghệ mới để tăng cường việc học tập của học sinh về robot và các môn học STEM trong tương lai.
Phương pháp
VEXcode VR. Khi các trường học ở Hoa Kỳ đóng cửa vào tháng 3 năm 2020, cần có một giải pháp có thể giúp học sinh tiếp tục tương tác với các chủ đề về robot và STEM trong khi làm việc từ xa. VR được phát triển và ra mắt vào ngày 2 tháng 4 năm 2020, chỉ vài tuần sau khi hầu hết các trường học chuyển sang định dạng ảo. Hoạt động VR được tạo ra để nhất quán với các chương trình giảng dạy robot khác với các bài học liên ngành phù hợp với tiêu chuẩn nội dung. Nền tảng mã hóa VEXcode VR giống như môi trường mã hóa mà sinh viên thường sử dụng với robot vật lý có bổ sung giao diện ảo, như trong Hình 1. Thay cho robot vật lý, học sinh tạo các dự án để điều khiển robot ảo trong một “sân chơi” theo chủ đề thay đổi dựa trên hoạt động. Học sinh mới bắt đầu viết mã sử dụng lập trình dựa trên khối và học sinh nâng cao sử dụng văn bản dựa trên Python.
Hình 1. Giao diện nền tảng VEXcode VR cho Hoạt động dọn dẹp rạn san hô.
Các hoạt động VR được tạo ra mang tính liên ngành, kết hợp các kỹ năng khoa học máy tính làm nền tảng cho việc điều khiển robot ảo với các chủ đề về khoa học hoặc toán học. Trong suốt quá trình thực hiện các hoạt động VR này, học sinh không chỉ học về lập trình mà còn về tìm hiểu khoa học, tư duy toán học và hiểu biết kỹ thuật - tất cả các thành phần của một khuôn khổ STEM tích hợp19. Các trường hợp đặc biệt do COVID-19 mang lại yêu cầu học sinh có thể làm bài một cách độc lập trong các môi trường kết hợp, đồng bộ hoặc không đồng bộ. Để thực hiện được điều này, học sinh được giới thiệu về mục tiêu học tập và mục tiêu của hoạt động. Sau đó, hướng dẫn trực tiếp được sử dụng để cung cấp hướng dẫn từng bước và hỗ trợ có chủ đích để sắp xếp việc học nhằm hiểu24, 25. Sau đó, học sinh sẽ nhận được hướng dẫn cụ thể để giải quyết thử thách mã hóa cuối cùng26. Học sinh học rằng robot và mã hóa được sử dụng để giải quyết các vấn đề thực tế, liên ngành. Ví dụ: trong Hoạt động dọn dẹp rạn san hô, học sinh được thử thách điều khiển robot của mình đi vòng quanh rạn san hô để thu thập càng nhiều rác càng tốt trước khi pin sạc bằng năng lượng mặt trời của chúng hết pin. Ô nhiễm là một vấn đề toàn cầu mà học sinh trong tương lai sẽ giải quyết và việc tham gia vào các dự án thực tế, dựa trên kịch bản này sẽ giúp học sinh áp dụng các kỹ năng khoa học máy tính trong nhiều môn học.
Hình 2. Bối cảnh nhiệm vụ của Hoạt động làm sạch rạn san hô.
Xét đến việc học sinh bị tách biệt với người hướng dẫn, môi trường ảo cần phải liền mạch nhất có thể để giảm sự tập trung và tải trọng nhận thức27, 28. Học sinh có thể kéo và thả các lệnh vào dự án của mình và xem robot của họ điều hướng sân chơi VR trong cùng một cửa sổ. Học sinh có thể thêm bất kỳ số khối nào cùng một lúc, chạy dự án sau mỗi lần thêm để xem robot của họ di chuyển như thế nào trong sân chơi. Điều này cung cấp cho sinh viên những phản hồi ngay lập tức và cảm giác thành công sớm.
Ngoài ra, học tập từ xa đã tạo ra những rào cản thực tế mà VR cần phải vượt qua. Máy tính của trường thường có những hạn chế trong việc tải xuống ứng dụng, khiến việc bổ sung chương trình trở thành một trở ngại trong những trường hợp bình thường nhất, chứ chưa nói đến khi học sinh ở xa với máy tính của trường. Nhưng học sinh thậm chí có thể không có quyền truy cập vào máy tính của trường để làm bài. Để tối đa hóa khả năng truy cập vào VR, chương trình được xây dựng hoàn toàn dựa trên web (không cần tải xuống hoặc bổ sung) và chạy trên nhiều loại thiết bị khác nhau để tăng khả năng học sinh có thể sử dụng nó.
Kết quả
Dữ liệu sử dụng. Dữ liệu được trình bày được cung cấp bởi Google Analytics. Vì VEXcode VR hoàn toàn dựa trên trình duyệt nên có một số số liệu khác nhau cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách môi trường robot ảo này đã được sử dụng trên toàn cầu. Kể từ khi ra mắt vào tháng 4 năm 2020, số lượng người dùng VR đã tăng lên hàng tháng, tổng cộng lên tới hơn 1,45 triệu người dùng tại hơn 150 quốc gia.
Hình 3. Các quốc gia có người dùng VR trên toàn cầu.
Căn cứ vào dòng thời gian của dịch bệnh COVID-19 và bản phát hành VR, chúng tôi cũng đã xem xét việc sử dụng theo thời gian. Như được hiển thị trong Hình 4, số lượng người dùng tăng nhanh ngay sau khi phát hành, sau đó giảm dần trong những tháng hè khi học sinh nghỉ học. Số tháng quay trở lại trường học điển hình (tháng 8/tháng 9) có mức tăng đáng kể và kéo dài suốt thời gian còn lại của năm học. Số lượng người dùng giảm định kỳ cho thấy mức độ sử dụng ít hơn vào cuối tuần và trong kỳ nghỉ lễ.
Hinh 4. Số lượng người dùng theo thời gian kể từ khi VR ra mắt.
Dự án là một chương trình mà học sinh tạo ra cho một bài học hoặc một thử thách. Các dự án không cần phải được lưu để chạy, nhưng một dự án đã lưu sẽ được tải xuống để người dùng quay lại sau. Đã có hơn 2,52 triệu chương trình được lưu. Tuy nhiên, một dự án không cần phải được lưu để có thể chạy. Vì VR hoàn toàn dựa trên trình duyệt nên việc chỉnh sửa và thử nghiệm dự án sẽ diễn ra ngay lập tức bằng cách chọn “BẮT ĐẦU”. Đã có hơn 84 triệu dự án được chạy trong phần mềm, cho thấy sinh viên đã kiểm tra dự án của mình một cách thường xuyên. Nhờ vòng phản hồi tức thời này, học sinh có cơ hội thử nghiệm và lặp lại với tốc độ nhanh hơn nhiều so với làm việc với robot vật lý. Quá trình lặp đi lặp lại này là một dấu hiệu tốt cho việc học tập của sinh viên vì nhiều lần lặp lại đã được chứng minh là duy trì được sự tham gia và hứng thú của sinh viên29.
| Dữ liệu VR VEXcode | |
|---|---|
| Người dùng | 1.457.248 |
| Dự án đã lưu | 2.529.049 |
| Chạy dự án | 84.096.608 |
| Quốc gia | 151 |
Bảng 1. Tất cả dữ liệu sử dụng VEXcode VR từ tháng 4 năm 2020 đến tháng 4 năm 2021.
Dữ liệu chứng nhận. Ngoài chương trình VR và chương trình giảng dạy đi kèm, VR còn bao gồm khóa đào tạo giáo viên miễn phí có tên CS với Khóa học Chứng chỉ Nhà giáo dục VEXcode VR. Kể từ khi ra mắt vào tháng 6 năm 2020, hơn 550 nhà giáo dục đã hoàn thành chứng chỉ, bao gồm hơn 17 giờ giảng dạy và hỗ trợ, để trở thành Nhà giáo dục được chứng nhận VEX. Khóa học cấp chứng chỉ bao gồm 10 đơn vị tài liệu nhằm chuẩn bị cho những giáo viên có thể chưa có kinh nghiệm về khoa học máy tính hoặc robot. Nội dung bao gồm các chủ đề như kiến thức cơ bản về lập trình, cách lập trình robot VR, cách giảng dạy bằng các hoạt động VR và cách triển khai VR trong lớp học. Hình 5 cho thấy cả số lượng nhà giáo dục được chứng nhận hàng tháng và lũy kế từ tháng 6 năm 2020 đến tháng 3 năm 2021. Xu hướng trong dữ liệu cho thấy số lượng nhà giáo dục được chứng nhận tăng lên trong thời gian quay lại trường học, bao gồm tháng 8, tháng 9 và đến tháng 10 năm 2020.
Nghiên cứu tình huống 1
Aimee DeFoe là hiệu trưởng trường Kentucky Avenue, một trường tư thục nhỏ ở Pittsburgh, Hoa Kỳ, kết hợp các phương pháp dạy và học truyền thống và sáng tạo. Giống như hầu hết các trường học, Trường Kentucky Avenue bị gián đoạn do COVID-19 và phải xác định các kế hoạch thay thế để bắt đầu năm học Mùa thu 2020, không biết hoàn cảnh sẽ thay đổi như thế nào. Sáu tuần đầu tiên của năm được giảng dạy hoàn toàn trực tuyến và năm còn lại được giảng dạy theo hình thức kết hợp với các nhóm học sinh xen kẽ các ngày giảng dạy trực tiếp và từ xa. Ngay cả khi học sinh học ở nhà, điều quan trọng là học sinh phải tiếp tục tham gia vào các hoạt động giải quyết vấn đề và tư duy phê phán giống như trong môi trường lớp học.
Aimee chọn sử dụng VR với học sinh lớp sáu và lớp bảy của mình vì một số lý do. Vì VR là một môi trường học tập hoàn toàn ảo nên học sinh có thể chuyển đổi giữa nhà và trường mà không có những thay đổi về chính sách ảnh hưởng đến hoạt động học tập của các em. Môi trường mã hóa dựa trên khối sẽ không gây khó khăn cho những sinh viên mới làm quen với mã hóa và có các hoạt động được thiết kế cho các cấp độ trải nghiệm khác nhau. Cô cũng tin rằng học sinh sẽ thấy robot VR thú vị và có động lực - điều mà cô thấy là đúng. Khi suy nghĩ về những gì cô hy vọng học sinh sẽ nhận được từ VR, Aimee nói:
Tôi đã hy vọng rằng việc sử dụng VR sẽ khắt khe, đầy thử thách và thú vị như sử dụng robot vật lý và học sinh của tôi sẽ không cảm thấy như đang bỏ lỡ một trải nghiệm mà thay vào đó là có được một loại trải nghiệm viết mã mới chỉ là càng thú vị. Tôi muốn các em cảm nhận được thành tựu giống như các em đã cảm thấy trong lớp học khi các em phải nhắc lại và kiên trì vượt qua thử thách để rồi cuối cùng đạt được thành công.
Là giáo viên dạy robot duy nhất, Aimee đã dạy 23 học sinh mỗi tuần một lần từ khi bắt đầu đi học đến kỳ nghỉ đông, tổng cộng là 15 bài học. Học sinh bắt đầu với khóa học “Khoa học máy tính cấp độ một - Blocks”. Aimee dạy học sinh trong bài đầu tiên theo nhóm, nhưng đối với các bài học còn lại, hãy để học sinh làm việc theo tốc độ của riêng mình và đóng vai trò là người hướng dẫn. Hầu hết học sinh đã hoàn thành từ bảy đến chín bài, cùng với hoạt động làm sạch đại dương bổ sung.
Aimee nhận thấy học sinh rất hứng thú với những thử thách trong bài học; nhiều đến mức đôi khi rất khó để họ có thể học bài một cách có hệ thống. Một số học sinh gặp khó khăn trong việc chú ý hoặc đọc cần được hỗ trợ thêm và các khái niệm lớn hơn/nhỏ hơn và Boolean là một thách thức. Tuy nhiên, hầu hết học sinh đều có đủ thử thách, đấu tranh và thành công. Học sinh hào hứng với ý tưởng làm việc với robot vật lý khi quay lại lớp học. Sau khi làm việc với VR, Aimee lưu ý: “Không còn nghi ngờ gì nữa, mọi người đều rời khỏi lớp học với tư cách là những lập trình viên tự tin hơn”.
Nghiên cứu tình huống 2
Mark Johnston dạy học sinh lớp bảy và lớp tám tại trường trung học cơ sở Bel Air ở El Paso, Hoa Kỳ. Đối với khóa học STEM 1 của mình, Mark dạy các khóa học của Project Lead the Way Gateway về Tự động hóa và Robot cũng như Thiết kế và Mô hình hóa cho khoảng 100 sinh viên. Khóa học STEM 1 kết hợp robot VEX IQ để dạy cơ học cơ bản và mã hóa cơ bản với VEXcode IQ (bộ robot bằng nhựa dành cho học sinh nhỏ tuổi). Khóa học này được giảng dạy trong học kỳ mùa thu, vì vậy sự gián đoạn ban đầu do đại dịch COVID-19 không ảnh hưởng đến hoạt động chế tạo robot của anh ấy vào mùa xuân. Tuy nhiên, vào tháng 4 năm 2020 Mark đã nhìn thấy robot VEX VR và bắt đầu làm việc với nó. “Khi tôi thấy VR đang sử dụng cùng một thiết lập (tức là VEXcode), tôi đã vô cùng phấn khích vì tôi nhìn thấy tiềm năng—giống như một mảnh ghép mà tôi BIẾT sẽ hoàn toàn phù hợp với những gì tôi đang làm. Khi VR được cập nhật để bao gồm Python, tôi càng phấn khích hơn.” Mark đã tạo các video hướng dẫn cho các giáo viên khác, thu hút lượng lớn người theo dõi trên các nền tảng truyền thông xã hội. Thông qua công ty giáo dục phi lợi nhuận của riêng mình, Mark đã tổ chức trại hè miễn phí cho học sinh về VR, bên cạnh việc đào tạo giáo viên để chuẩn bị cho năm học 2020/21.
Hoàn cảnh giảng dạy không chắc chắn khiến việc lập kế hoạch trở nên khó khăn. “Khi tôi nhận ra rằng việc học từ xa sẽ tiếp tục sang năm học 2020/21, tôi quyết định dạy thiết kế trước tiên và sau đó là robot… nhưng có quá nhiều thứ chưa rõ ràng nên thật khó để lên kế hoạch cho bất cứ điều gì. Tôi không biết liệu chúng tôi sẽ quay lại trực tiếp hay tiếp tục trực tuyến—vào thời điểm đó có rất ít thông tin rõ ràng. Cuối cùng tôi chỉ kết hợp robot và thiết kế với nhau và chỉ lên kế hoạch trước một hoặc hai ngày.” Mark bắt đầu sử dụng VR vào đầu năm học (sẽ vẫn hoạt động từ xa 100% cho đến năm 2021) bằng cách chọn các hoạt động khác nhau từ trang web. Hoạt động này hoạt động tốt vì có các cấp độ trải nghiệm khác nhau và hướng dẫn có thể chỉnh sửa. Khi khóa học Khoa học Máy tính Cấp 1 - Khối được phát hành, anh đã hướng dẫn học sinh toàn bộ nội dung đó, mặc dù lưu ý rằng lần sau anh sẽ chắt lọc các bài học thành các bài giảng ngắn hơn. Việc sử dụng VR vốn đã khác so với các bài học trực tiếp về robot, nhưng vẫn có một số mục tiêu chính mà Mark đặt ra cho những bài học này:
- Giúp học sinh làm quen với VEXcode
- Xây dựng sự tự tin trong lập trình (tự tin vào hiệu quả)
- Giới thiệu ý tưởng/từ vựng lập trình theo cách không mang tính đe dọa
- “Lừa” các em sử dụng toán mà không hề nhận ra ;)
- Yêu cầu học sinh giải quyết các vấn đề được xác định rõ ràng với những ràng buộc
- Giới thiệu các vấn đề không rõ ràng
- Khuyến khích thái độ “thất bại và thử lại”
- Giữ việc giải quyết vấn đề luôn vui vẻ
Mặc dù trải nghiệm ảo là khác nhau nhưng Mark đã tìm thấy những lợi ích khác biệt khi sử dụng VR. Học sinh bớt sợ hãi hơn nhiều khi thử nghiệm sử dụng VR so với RobotC (một ngôn ngữ mã hóa khác được sử dụng với các robot khác). Mark cũng sử dụng thước đo về thời gian học sinh đạt được “chiến thắng” để xác định mức độ tốt của hoạt động STEM, đồng thời lưu ý rằng, “nếu học sinh mất quá nhiều thời gian để đạt được kết quả tích cực thì sẽ khó giữ chúng hơn nhiều. đính hôn."
VR có tác dụng ngay lập tức khuyến khích việc khám phá và tham gia tích cực. Mark mô tả kiểu “thắng” này bằng ví dụ giới thiệu VR cho học sinh:
Tôi: “Mọi người mở một tab mới và truy cập vr.vex.com. Mọi người có thấy trang này không? Tốt. Bây giờ hãy cho robot lái về phía trước.”
Học sinh: “Làm thế nào?”
Tôi: “Xem bạn có đoán được…”
Học sinh: “Tôi đã tìm ra rồi!”
Và sau đó họ bị cuốn hút! Vào thời điểm đó, nhiều người trong số họ hỏi tôi cách làm đủ mọi việc khác nhau. Họ thực sự đang yêu cầu tôi dạy họ!
Kết quả và thảo luận
VR làm Công cụ Học tập. Cả dữ liệu sử dụng và nghiên cứu điển hình đều cung cấp thông tin chi tiết về câu hỏi nghiên cứu đầu tiên về cách VR hoạt động như một công cụ học tập trong đại dịch COVID-19. Bài học rút ra đơn giản nhất là từ khối lượng sử dụng tuyệt đối; nền tảng VR đã được hơn một triệu sinh viên trên toàn cầu sử dụng, cho thấy môi trường robot ảo hoạt động tốt như một giải pháp thay thế cho việc học trực tiếp trong hoàn cảnh khủng hoảng. Số lượng dự án đang chạy (84+ triệu) cũng là một phát hiện đáng ngạc nhiên khi xét đến số lượng người dùng cá nhân. Trung bình, người dùng đã hoàn thành 57 lần chạy dự án, cho thấy mức độ thử nghiệm và lặp lại cao. Đây là một kết quả rất hứa hẹn vì tầm quan trọng của việc phát triển thái độ “cố gắng và thử lại” ở học sinh. Có nhiều cách có thể để giải quyết các hoạt động VR, đây là một bài học quan trọng mà học sinh phải học. Khi học sinh hiểu rằng có nhiều giải pháp cho một vấn đề, khả năng học sinh yêu cầu giáo viên phản hồi sẽ cao hơn và các em cũng hiểu rõ hơn những gì mình đang học30.
Từ các nghiên cứu điển hình, cũng có sự xác nhận rằng VR hoạt động như một môi trường học tập ít rủi ro. Aimee lưu ý rằng học sinh của cô là những lập trình viên tự tin hơn và mong muốn được làm việc với các robot vật lý. Mark nhận thấy rằng sinh viên ít sợ thử nghiệm hơn khi họ viết mã trong VEXcode VR và họ có cảm giác “chiến thắng” ngay lập tức trong môi trường này. Khi chúng tôi xem xét những quan sát này của giáo viên cùng với dữ liệu sử dụng thô, có vẻ như chúng tôi xác nhận rằng môi trường robot ảo khiến học sinh cảm thấy tự do hơn khi thử nghiệm và lặp lại trong quá trình học tập của mình, đồng thời nâng cao nhận thức tích cực về robot nói chung.
Bài học từ Thầy Cô. Khi xem xét câu hỏi nghiên cứu thứ hai về những hiểu biết sâu sắc mà giáo viên có thể cung cấp khi triển khai VR vào lớp học, chúng tôi có thể xác định một số điểm tương đồng từ các nghiên cứu điển hình. Cả hai nghiên cứu điển hình đều tiết lộ thông tin về cách giáo viên đưa ra quyết định và triển khai các giải pháp trong thời kỳ dịch bệnh COVID-19 cũng như những điều cần thiết để cung cấp giải pháp học tập hiệu quả cho học sinh trong môi trường ảo và kết hợp. Những chủ đề này bao gồm các giải pháp linh hoạt, tính liên tục, chương trình giảng dạy và hỗ trợ. Những phát hiện này nên được coi là yêu cầu đối với mọi giải pháp công nghệ, giống như việc hỗ trợ giáo viên hỗ trợ học sinh.
Trước những bất ổn xung quanh điều kiện giảng dạy, cả Mark và Aimee đều lưu ý rằng họ cần các giải pháp linh hoạt. Học từ xa có thể chuyển sang học trực tiếp hoặc một số hình thức ở giữa. VR có thể tiếp tục được sử dụng trong mọi môi trường nhưng cũng mang lại sự linh hoạt trong cách tiếp cận. Học sinh có thể tham gia vào các bài học có cấu trúc do giáo viên hướng dẫn như Mark đã sử dụng với các hoạt động và khóa học hoặc học tập do học sinh hướng dẫn theo tốc độ riêng của họ như Aimee đã mô tả. Giáo viên cũng cần sự linh hoạt về mức độ kinh nghiệm, cả về hoạt động và loại ngôn ngữ lập trình được cung cấp để đáp ứng nhu cầu của tất cả học sinh.
Việc liên tục học tập được chỉ ra là quan trọng trong cả hai nghiên cứu điển hình. Aimee lưu ý rằng sau khi làm việc trong VR, sinh viên rất hào hứng với việc làm việc với robot VEX V5 đang chờ khi quá trình học tập trực tiếp tiếp tục. VR đóng vai trò như một bước đệm để làm việc với robot vật lý, đồng thời tăng cường sự phấn khích và nhận thức tích cực của học sinh. Mark cũng lưu ý rằng tính liên tục của VEXcode từ VR đến IQ là rất quan trọng đối với anh ấy: “Tôi không thể nói cho bạn biết thật tuyệt vời như thế nào khi VEX có một quá trình rất đơn giản để theo dõi quá trình phát triển từ lớp 3 đến đại học, tất cả đều sử dụng VEXcode! Và với VR, họ có thể bắt đầu học nó ở nhà!”
Chương trình giảng dạy và sự hỗ trợ rõ ràng rất quan trọng cho sự thành công của VR trong tình hình giảng dạy trong học tập đang phát triển này. Các thiết bị VR cung cấp tất cả nội dung cho học sinh học cũng như tài liệu cần thiết để dạy các bài học. Không phải tất cả giáo viên đều có nền tảng về khoa học máy tính và mã hóa. Aimee lưu ý rằng chương trình dựa trên khối cũng không đáng sợ đối với cô cũng như các học sinh của mình. Mark cũng cho biết anh không quen dạy nhiều môn khoa học máy tính và phải tự học bài trước khi dạy. Tuy nhiên, Mark thừa nhận: “Nếu ngày mai mọi thứ trở lại “bình thường” thì giờ đây tôi có thể dạy các phần lập trình trong lớp của mình một cách tự tin hơn”. Sự hỗ trợ của giáo viên đối với chương trình giảng dạy và lập trình VR là rất quan trọng để triển khai VR trong lớp học.
Học tập kỹ thuật số không chỉ dành cho học sinh; giáo viên cũng đang tiếp cận để tìm hiểu về phương pháp giảng dạy và tài nguyên thông qua công nghệ và phương tiện truyền thông xã hội. Giáo viên ở gần 50 quốc gia đã hoàn thành chứng chỉ VR. Một cộng đồng thực hành toàn cầu đang hình thành xung quanh VR. Mark bắt đầu đăng video về VR lên mạng xã hội và nhanh chóng có hơn một nghìn người theo dõi; thông qua công việc với VR, anh đã kết bạn với các giáo viên ở Slovenia và Đài Loan. Khi giáo viên chia sẻ kinh nghiệm và thực hành của mình, học sinh cuối cùng sẽ được hưởng lợi từ các nhóm hỗ trợ giáo viên không chính thức này. Các cộng đồng thực hành có thể cung cấp cầu nối giữa sự sẵn có hiện tại của robot giáo dục và việc đưa công nghệ này vào đào tạo giáo viên chính quy. Khi ngày càng nhiều giáo viên làm quen với robot giáo dục thông qua phát triển chuyên môn, chẳng hạn như hơn 550 giáo viên đã hoàn thành khóa học cấp chứng chỉ hoặc thông qua các cộng đồng học tập không chính thức, thì sẽ có nhiều học sinh được làm quen với phương pháp học tập STEM tích hợp.
Phần kết luận
VEXcode VR được tạo ra trong thời điểm có nhiều bất ổn và rất cần các giải pháp tức thời. Các giải pháp sáng tạo có thể xuất hiện từ những tình huống khẩn cấp. VR đã tiếp cận hơn 1,45 triệu người dùng, giúp lưu hơn 2,52 triệu dự án và thực hiện hơn 84 triệu dự án—tại hơn 150 quốc gia. Mặc dù đại dịch đã ảnh hưởng đến học sinh và giáo viên trên toàn thế giới, VR đã cho phép học sinh và giáo viên tương tác với các khái niệm về robot và khoa học máy tính bất kể rào cản vật lý. Từ các nghiên cứu điển hình của giáo viên, các chủ đề về tính linh hoạt, tính liên tục, chương trình giảng dạy và hỗ trợ được xác định là quan trọng đối với việc giảng dạy bằng công nghệ trong những hoàn cảnh không chắc chắn và đầy thách thức như vậy.
Tiến tới thời điểm chưa từng có này, những bài học rút ra từ việc tạo và triển khai VR chỉ ra những con đường cho việc sử dụng nó trong tương lai. Dữ liệu sử dụng kết hợp với các nghiên cứu điển hình của giáo viên cho thấy rằng học sinh cảm thấy ít bị ức chế hơn khi lặp lại trong khi viết mã trong môi trường ảo. Điều này cho thấy VR có thể là một công cụ giàn giáo có giá trị có thể được sử dụng cùng với robot vật lý. Điều này cũng được hỗ trợ bởi nhu cầu linh hoạt; sử dụng VR làm công cụ học tập kết hợp với robot vật lý có thể mang lại môi trường học tập robot linh hoạt, tối ưu, trong đó một lựa chọn dễ dàng, tại nhà bổ sung cho chương trình giảng dạy về robot vật lý trực tiếp. Chúng tôi mong muốn nghiên cứu trong tương lai để tìm hiểu cách giáo viên có thể kết hợp robot ảo và vật lý trong một thế giới hậu đại dịch.
Lời cảm ơn
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Aimee DeFoe và Mark Johnston vì đã chia sẻ kinh nghiệm giảng dạy và hiểu biết sâu sắc có giá trị của họ.